PENINGKATAN PERFORMANSI MEMBRAN SELULOSA ASETAT DENGAN PENAMBAHAN ZEOLIT ALAM UJONG PANCU, KABUPATEN ACEH BESAR PADA PEMISAHAN CAMPURAN

ETANOL-AIR SECARA PERVAPORASI

ABSTRAK

Penelitian ini bertujuan mempelajari pengaruh modifikasi membran selulosa asetat dengan penambahan zeolit alam Ujong Pancu terhadap unjuk kerja membran (fluks permeasi dan selektifitas membran) pada pemisahan campuran etanol-air secara pervaporasi. Penelitian ini terdiri dari enam tahap yaitu persiapan zeolit alam (termasuk aktivasi), pembuatan membran selulosa asetat, pembuatan membran selulosa asetat yang ditambahkan zeolit alam, karakterisasi membran, dan aplikasi membran sebagai media pemisah campuran etanol-air dengan percobaan pervaporasi serta uji kestabilan membran. Variasi konsentrasi umpan yang dipilih adalah 75; 85; 90; 95,6; dan 98 % (w/w) etanol. Karakterisasi membran dilakukan dengan uji sorpsi pada berbagai konsentrasi umpan dan temperatur operasi 60 oC serta uji Scanning Electron Microscopy (SEM). Fluks permeasi dan selektifitas membran ditentukan oleh mekanisme perpindahan massa melalui membran tersebut. Pervaporasi dilakukan dengan membran selulosa asetat dense berbentuk film tipis yang dibuat dengan metoda inversi fasa melalui penguapan pelarut. Pervaporasi dilakukan secara kontinyu di mana umpan disirkulasikan secara terus menerus pada temperatur operasi 60 oC dan tekanan downstream 0,5 mbar. Membran selulosa asetat tanpa zeolit dan selulosa asetat dengan penambahan zeolit alam telah dibuat dan performansinya telah diteliti. Kedua jenis membran tersebut memiliki sifat selektif terhadap air yang tinggi. Modifikasi membran selulosa asetat dengan zeolit alam berpengaruh terhadap unjuk kerja membran di mana fluks permeasi dan selektifitas membran meningkat pada pemisahan campuran etanol-air secara pervaporasi. Penambahan zeolit optimum adalah pada komposisi 20 % (w/w) zeolit terhadap berat selulosa asetat. Di samping itu terlihat bahwa membran tersebut stabil pada kondisi operasi yang sama. Sifat hidrofilik selulosa asetat dan kepolaran zeolit telah menyebabkan kecenderungan membran menyerap molekul air dibandingkan etanol sehingga telah dapat meningkatkan konsentrasi etanol dari 95,6 % (w/w) etanol menjadi 99,8 % (w/w) etanol. Selektifitas membran tertinggi yang dapat dicapai dalam penelitian ini adalah 843 yang diperoleh dari membran selulosa asetat dengan penambahan 20 % (w/w) zeolit terhadap selulosa asetat dan konsentrasi umpan 98 % (w/w) etanol serta temperatur operasi 60 oC. Fluks permeasi air pada kondisi tersebut adalah 0,79 kg/m2.jam dan fluks permeasi total 0,84 kg/m2.jam. Sebagai pengetahuan terbaik bagi penulis, ini adalah laporan pertama tentang membran zeolit alam dengan rasio Si/Al = 3,3 setelah aktivasi. Kata kunci : selulosa asetat, zeolit alam, pervaporasi, fluks permeasi, selektifitas

IMPROVED THE PERFORMANCE OF CELLULOSE ACETATE MEMBRANE BY ADDITING NATURAL ZEOLITE OF UJONG PANCU,

KABUPATEN ACEH BESAR ON THE SEPARATION OF ETHANOL-WATER MIXTURE BY PERVAPORATION

ABSTRACT

The aim of this research is to study the influence of modification of cellulose acetate membranes by additing natural zeolite of Ujong Pancu towards the membrane performances (permeation flux and selectivity of the membrane) on the separation of ethanol-water mixture by pervaporation. This study consists of six stages, namely preparation of natural zeolite (including activation), the manufacture of cellulose acetate membranes, the manufacture of cellulose acetate membranes added with natural zeolite, membrane characterization, and application of membrane separation as a medium of ethanol-water mixtures by pervaporation experiments and the stability of the membrane test. Variation of feed concentration selected was 75; 85; 90; 95.6, and 98 wt % ethanol. Membrane characterization tests was carried out by sorption on a variety of feed concentration and operating temperature of 60 C and the test of Scanning Electron Microscopy (SEM). Membrane permeation flux and selectivity is determined by the mechanism of mass transfer through the membrane. Pervaporation done with thin film cellulose acetate dense membran produced with the phase inversion method through solvent evaporation. Pervaporation conducted continuously where the feed was continuously circulated at 60 C operating temperature and downstream pressure 0.5 mbar. Cellulose acetate membrane without zeolite and cellulose acetate membranes with the addition of natural zeolites have been produced and the performance has been investigated. Both type of the membranes have high selectivity to water. Modification of cellulose acetate membranes with natural zeolite affect the performance of the membrane where permeation flux and selectivity of the membrane increased on ethanol-water mixture separation by pervaporation. The addition of zeolite showed the optimum result at the composition of 20 wt % zeolite to the weight of cellulose acetate. In addition, it appears that the membrane is stable at the same operating conditions. Hydrophilic properties of cellulose acetate and the polarity of zeolite membranes has led to a tendency to absorb water molecules compared to ethanol, thus it is able to increase the ethanol concentration from 95.6 wt % to be 99.8 wt %. The highest selectivity of the membrane that can be achieved in this study is 843, obtained by additing 20 wt % zeolite to cellulose acetate membrane and the concentration of the feed 98 wt % ethanol and 60 C operating temperature. Permeation flux of water at these conditions was 0.79 kg/m2.h and total permeation flux was 0.84 kg/m2.jam. To the best knowledge of the author, this is the first report about natural zeolite membrane with ratio of Si/Al = 3,3 after activated. Key words: cellulose acetate, natural zeolite, pervaporation, permeation flux, selectivity